随机数原理

随机数原理

标签： 随机数 原理 | 发表时间：2015-02-01 16:06 | 作者：崔永键

出处：http://www.cuiyongjian.com/

.Net 创建随机数常用的方法：

Random rand = new Random();

Console.WriteLine(rand.Next());

Java中创建随机数的方法：

Random rand = new Random(System.currentTimeMillis());

int i = rand.nextInt();

System.out.println(i);

C/C++中创建随机数的方法：

srand((unsigned)time(NULL));

int num = rand();

printf("%d\n",num);

以上随机数的生成原理，基本上是下面这种思路：

比如，我使用线性同余法来自己生成随机数。

class MyRand {

private int seed;

public MyRand(int seed) {this.seed = seed;}

public int Next()

{

int next = (seed * 29 + 37) % 1000; //线性同余法。

seed = next;

return next;

}

线性同余法：第n+1个数=(第n个数*29+37) % 1000

可见，当你new一个MyRand对象的时候，要给他一个初始的种子seed，然后，这个随机数生成器就会以seed为起始值，开始按照上述公式进行计算，每调用一次Next都会以上次的结果来计算下一个结果。

所以，如果你要生成很多个随机数，请在for循环里面多次调用Next，而不要在for循环里面多次new MyRand对象。

如果在for循环里面每次都new MyRand对象，由于其种子一样，所以你每次调用Next都是输出第一个seed，

也就是说：相同的种子，第一次调用Next都是一样的。

另外，如果你把new MyRand对象写在for循环外面，虽然本次for循环会生成一堆不相同的数。但是当你第二次运行这个程序，由于跟上次启动程序使用的seed相同，所以还是生成一堆跟上次一样的随机数。

于是，你可以在程序中使用Environment.TickCount或者当前时间作为种子，这样每次启动程序，就会创建尽量不同种子的Random对象。

.Net中，你使用new Random()的无参构造函数进行初始化的时候，微软其实是在构造函数里面调用了带int seed这个有参数构造函数，微软给了一个初始化种子，这个种子就是Environment.TickCount(电脑启动后的时间毫秒数)。

所以，要想让程序在2个人跑的时候，产生不同的2堆随机数。请尽可能的让2个人使用不同的随机数种子。解决办法就是把随机数种子设置为系统启动后的一个时间的值。而且为了保证for循环里不会每一波循环都在循环内new Random对象，所以inew Random()这个过程最好放在for循环的外面。

但是，问题也来了，在高并发的程序中（网站），两个用户很可能在同一个毫秒内访问过来，如果你按照毫秒的时间来作为种子给她们生成随机数，那么这俩用户可能种子是相同的，结果导致随机数相同。

所以，针对这种同一个程序被多个用户访问的情况，为了保证同一时间里的用户都产生不同的随机数，只需要保证每个用户来的时候，不要给他重新new Random对象就行。

比如，设置一个全局的静态Random对象，给所有访问来的用户使用，每个用户过来，只需要Next()调用一下产生下一个随机数就可以了。

但是， Random对象不是线程安全的，当大量并发用户来访问的时候，底层Web服务器很可能开辟多个线程来处理请求，结果多个并发线程来访问Random对象调用其Next的时候，导致使用同一个“上一个结果”来计算随机值，结果还是产生了相同的Next值。

所以，这种方案，需要给Random对象加锁，同一时刻只允许一个线程进入临界区。

============真随机==============

上面的随机数产生方法，是有数学原理的，基于多个随机数，通过推测其种子seed，很有可能推测出下一个随机数。所以，为了保证随机数的随机，所以需要seed的随机，seed要想真随机，可以采用获取大自然的一些信息。或者人在操作电脑的时候随机的鼠标动作等等。

在Linux/Unix下可以使用"/dev/random"这个真随机数发生器，它的数据主来来自于硬件中断信息。

Windows：CryptGenRandom()函数，主要依据当前进程Id、当前线程Id、系统启动后的TickCount、当前时间、QueryPerformanceCounter返回的高性能计数器值、用户名、计算机名、CPU计数器的值等等来计算。

当然.Net下也可以使用RNGCryptoServiceProvider 类（System.Security.Cryptography命名空间下）来生成真随机数

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